কোনটি কঠিন, কার্বন ন্যানোটিউব বা হীরা?

কোনটি "কঠিন," কার্বন ন্যানোটিউব (CNTs) বা হীরা? আপনি এটির উপর চাপ প্রয়োগ করেন কিনা তার উপর উত্তর নির্ভর করে। মোহস কঠোরতার পরিপ্রেক্ষিতে, দুটি তুলনীয় - কার্বন ন্যানোটিউবের কঠোরতা হীরার সাথে তুলনীয়। Vickers কঠোরতার পরিপ্রেক্ষিতে, প্রাকৃতিক অবস্থা কার্বন ন্যানোটিউব (185.1 HV) হীরা থেকে অনেক কম (10,000 HV অর্ডারে)। কিন্তু একটি অলৌকিক ঘটনা ঘটে যখন কার্বন ন্যানোটিউবগুলি ঠান্ডা সংকুচিত হয়: তারা 447 GPa এর একটি বাল্ক মডুলাস সহ একটি আল্ট্রাহার্ড ফেজ গঠন করতে পারে, যার কঠোরতার মান মূল 185.1 HV থেকে 241 GPa (24,100 HV), যা মোটামুটি ডায়ামন্ডের (GP0app06) 4 গুণ বেশি। এর মানে হল: স্বাভাবিক অবস্থায়, হীরা কঠিন; উচ্চ -চাপের চিকিত্সার পরে, কার্বন ন্যানোটিউব হীরাকে ছাড়িয়ে "আল্ট্রাহার্ড পদার্থের রাজা" হয়ে উঠতে পারে৷ Shandong Tanfeng নতুন উপাদান উচ্চ-বিশুদ্ধতা মাল্টি-প্রাচীরযুক্ত/একক-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউব প্রদান করে, যা এই ধরনের উচ্চ-সম্পাদনা গবেষণার জন্য একটি আদর্শ কাঁচামাল হিসেবে কাজ করে।

1. প্রথমে স্ট্যান্ডার্ড সংজ্ঞায়িত করুন: "কঠোরতা" এর দুটি প্রকার, দুটি উত্তর

উপসংহার:কোনটি "কঠিন," কার্বন ন্যানোটিউব বা হীরা? এটি নির্ভর করে আপনি কোন ধরনের কঠোরতা পরিমাপ করছেন - মোহস হার্ডনেস, ভিকার্স হার্ডনেস, এবং বাল্ক মডুলাস অতি-উচ্চ চাপের ফেজ রূপান্তরের পরে সম্পূর্ণ ভিন্ন উত্তর দেয়।

পদার্থ বিজ্ঞানে "কঠোরতা" শব্দটির অন্তত তিনটি অর্থ রয়েছে। বিভিন্ন পরিমাপ পদ্ধতি এবং বিভিন্ন শর্ত সম্পূর্ণ ভিন্ন সিদ্ধান্ত দেয়:

মূল পার্থক্য হল:তাদের প্রাকৃতিক অবস্থায় কার্বন ন্যানোটিউবগুলির পরিমাপকৃত কঠোরতার মান তুলনামূলকভাবে কম (বিশেষ করে কম্পোজিটগুলিতে), কিন্তু একবার তারা চরম সংকোচনের শিকার হলে, তারা হীরার চেয়েও কঠিন একটি আল্ট্রাহার্ড ফেজে রূপান্তরিত হয়।

দ্রষ্টব্য: একটি কার্বন ন্যানোটিউব যৌগিক উপাদানের ভিকার কঠোরতা (যেমন CNT/2024 অ্যালুমিনিয়াম খাদ) প্রায় 185 HV। এই মানটি কম্পোজিটের সামগ্রিক কঠোরতা প্রতিফলিত করে, কার্বন ন্যানোটিউবগুলির কঠোরতা নয়। স্বতন্ত্র কার্বন ন্যানোটিউবগুলির কঠোরতার উপর গবেষণা প্রধানত অতি-উচ্চ চাপের পর্যায়ে রূপান্তরের ক্ষেত্রে পরিচালিত হয়।

2. সাধারণ রাজ্য শোডাউন: মোহস হার্ডনেস টাই, ভিকার্স হার্ডনেস ডায়মন্ড জিতেছে

উপসংহার:"স্বাভাবিক" অবস্থার (স্বাভাবিক চাপ, ঘরের তাপমাত্রা) যা আমরা দৈনন্দিন জীবনে সম্মুখীন হই, হীরা হল কঠোরতার পরম রাজা। কার্বন ন্যানোটিউবগুলির কঠোরতা কার্যকারিতা মূলত যৌগিক ম্যাট্রিক্সের উপর নির্ভর করে।

2.1 Mohs কঠোরতা: ঘাড় এবং ঘাড়

"পারস্পরিক স্ক্র্যাচিং" এর দৃষ্টিকোণ থেকে, কার্বন ন্যানোটিউবের কঠোরতা হীরার সাথে "তুলনীয়"।

কার্বন ন্যানোটিউবগুলি স্প² সমযোজী বন্ধন দ্বারা সংযুক্ত কার্বন পরমাণু দ্বারা গঠিত যা একটি ছয়-মেম্বারযুক্ত রিং গঠন তৈরি করে, যখন হীরা sp³ সমযোজী বন্ধনের একটি ত্রিমাত্রিক কাঠামো নিয়ে গঠিত। উভয়ই কার্বন-কার্বন বন্ধন - প্রকৃতির সবচেয়ে স্থিতিশীল রাসায়নিক বন্ধনগুলির মধ্যে একটি৷ অতএব, একে অপরকে আঁচড় দেওয়ার সময়, উভয়েরই অপরটির উপর স্পষ্ট সুবিধা নেই।

সাধারণ মানুষের ভাষায়:ডায়মন্ড কাচ স্ক্র্যাচ করতে পারে, এবং কার্বন ন্যানোটিউবও কাচ - স্ক্র্যাচ করতে পারে এই মাত্রা, দুটি টাই।

2.2 ভিকারের কঠোরতা: ডায়মন্ড ডমিনেস

Vickers কঠোরতা উপাদান পৃষ্ঠের মধ্যে একটি হীরা ইন্ডেন্টার টিপে এবং ইন্ডেন্টেশন গভীরতা পরিমাপ দ্বারা পরিমাপ করা হয়। এই পরীক্ষায়, প্রচলিত রাষ্ট্রীয় কার্বন ন্যানোটিউবগুলি হীরা থেকে অনেক নিকৃষ্ট:

পার্থক্য প্রায় 50-গুণ।

কিন্তু এখানে একটি মূল বিষয় হল: 185 HV "কার্বন ন্যানোটিউব + অ্যালুমিনিয়াম খাদ" পরিমাপ করে পুরো - গবেষণা যা সত্যিকার অর্থে কার্বন ন্যানোটিউবগুলির কঠোরতা প্রতিফলিত করে তা পরীক্ষাগারে আরেকটি "অতি-উচ্চ চাপ" সিস্টেম ব্যবহার করে করা হয়৷

3. "রূপান্তর" মুহূর্ত: কার্বন ন্যানোটিউবগুলিতে চাপ প্রয়োগ করুন, তারা হীরার চেয়ে কঠিন হয়ে ওঠে

উপসংহার:যখন কার্বন ন্যানোটিউবগুলি প্রায় 75 GPa (750,000 বায়ুমণ্ডল) এর উপরে ঠান্ডা সংকুচিত হয়, তখন তারা হীরার চেয়ে বেশি বাল্ক মডুলাস সহ একটি নতুন আল্ট্রাহার্ড কার্বন ফেজে রূপান্তরিত হয়।

এটি কার্বন ন্যানোটিউবের আসল "ট্রাম্প কার্ড"।

3.1 কোল্ড কম্প্রেশন পরীক্ষা: 75 GPa ফেজ ট্রানজিশন ট্রিগার করে

2004 সালে, অ্যারিজোনা বিশ্ববিদ্যালয়ের Zhongwu Wang এর নেতৃত্বে একটি দল একটি যুগান্তকারী গবেষণা প্রকাশ করেপিএনএএস. তারা বহু-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউবগুলিকে ডায়মন্ড অ্যাভিল সেলের মধ্যে রাখে এবং তাদের প্রায় 100 জিপিএ (প্রায় 1 মিলিয়ন বায়ুমণ্ডল) এ চাপ দেয়৷ তারা দেখতে পেল যে প্রায় 75 জিপিএ, কার্বন ন্যানোটিউবগুলি সম্পূর্ণ নতুন ষড়ভুজ কার্বন পর্যায়ে রূপান্তরিত হয়েছে।

মূল তথ্য:

বাল্ক মডুলাস একটি উপাদানের "সংকোচনের প্রতিরোধের" একটি সূচক - বাল্ক মডুলাস যত বেশি হবে, চাপের মধ্যে উপাদানটিকে সংকুচিত করা তত বেশি কঠিন। কার্বন ন্যানোটিউবের উচ্চ-চাপের ধাপ এই সূচকে হীরাকে ছাড়িয়ে যায়।

3.2 ন্যানোউইনড ডায়মন্ড বান্ডিল: রেকর্ড-ব্রেকিং 241 GPa

2021 সালে, ইয়ানশান বিশ্ববিদ্যালয়ের অধ্যাপক ঝাও ঝিশেং এবং অধ্যাপক জু বো-এর নেতৃত্বে একটি দল গবেষণা প্রকাশ করেছিলপিএনএএস. উচ্চ ভিত্তিক বহু-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউব ফিল্মগুলিকে অগ্রদূত হিসাবে ব্যবহার করে, তারা উচ্চ-চাপ উচ্চ-তাপমাত্রা (HPHT) চিকিত্সার মাধ্যমে অগ্রাধিকারমূলক ভিত্তিক ন্যানোটিউইনড বান্ডিলগুলির সাথে হীরাকে সংশ্লেষিত করে।

সবচেয়ে আশ্চর্যজনক ফলাফল:

241 GPa মানে কি? রুক্ষ হীরা (প্রাকৃতিক হীরা) এর নূপ কঠোরতা সাধারণত 60-100 GPa এর মধ্যে হয়। এর মানে হল যে কার্বন ন্যানোটিউব থেকে রূপান্তরিত "ন্যানোটউইনড বান্ডেল হীরা" সাধারণ হীরার চেয়ে 2-4 গুণ বেশি কঠিন।

পরীক্ষায় আরও দেখা গেছে যে এই উপাদানটি উল্লেখযোগ্য যান্ত্রিক অ্যানিসোট্রপি প্রদর্শন করে: ন্যানোটউইনড বান্ডিলগুলির অবস্থানের উপর নির্ভর করে কঠোরতা পরিবর্তিত হয়, যখন ইন্ডেন্টারটি যমজ বান্ডিলের সাথে লম্ব হয় তখন সর্বোচ্চ কঠোরতা অর্জন করা হয়।

4. "তাত্ত্বিক সিলিং": তিন-মাত্রিক সমযোজী কার্বন ন্যানোটিউব

উপসংহার:তাত্ত্বিক গণনাগুলি ভবিষ্যদ্বাণী করে যে কিছু ত্রিমাত্রিক সমযোজী কার্বন ন্যানোটিউব পলিমারের ভিকারের কঠোরতা ঘন বোরন নাইট্রাইড এবং হীরার মধ্যে পড়ে 40 জিপিএ-র উপরে পৌঁছতে পারে।

পরীক্ষামূলক সংশ্লেষণ ছাড়াও, বিজ্ঞানীরা আল্ট্রাহার্ড কার্বন ন্যানোটিউব পলিমারের পূর্বাভাস দেওয়ার জন্য প্রথম-তত্ত্বের গণনা ব্যবহার করেছেন যেগুলি এখনও সংশ্লেষিত হয়নি।

These structures can be considered as three-dimensional covalent crosslinked networks of carbon nanotubes with different chiralities. Their Vickers hardness has already entered the "ultrahard material" range (>40 GPa সাধারণত আল্ট্রাহার্ড উপকরণের থ্রেশহোল্ড হিসাবে বিবেচিত হয়)।

যদিও আপাতত তাত্ত্বিক পর্যায়ে রয়েছে, এই ভবিষ্যদ্বাণীগুলি নির্দেশ করে যে কার্বন ন্যানোটিউবগুলির ত্রিমাত্রিক আল্ট্রাহার্ড কাঠামোতে রূপান্তরিত হওয়ার সম্ভাবনা বর্তমান বোঝার চেয়ে অনেক বেশি।

5. বোঝার জন্য একটি টেবিল: কোনটি "কঠিন"?

চূড়ান্ত উত্তর:

স্বাভাবিক অবস্থায়:হীরা "কঠিন।" স্বাভাবিক অবস্থার পরীক্ষায়, হীরার ভিকার কঠোরতা কার্বন ন্যানোটিউব যৌগিক পদার্থের চেয়ে অনেক বেশি।

চাপের মধ্যে:কার্বন ন্যানোটিউব "কঠিন।" যখন কার্বন ন্যানোটিউবগুলিকে 75 GPa-এর উপরে সংকুচিত করা হয়, তখন তারা একটি আল্ট্রাহার্ড উপাদানে রূপান্তরিত হয় যা ডায়মন্ড - থেকে শক্ত হয় বাল্ক মডুলাস (447 বনাম 440 GPa) বা ভিকারস হার্ডনেস (241 বনাম ~100 GPa), তারা ব্যাপকভাবে ডায়মন্ডের পরিপ্রেক্ষিতে।

কার্বন ন্যানোটিউবগুলি বস্তুজগতে "যুদ্ধের দেবতা" এর মতন - সাধারণ অবস্থায় দেখা যায়, কিন্তু একবার তাদের "তৃতীয় চোখ খুলে" (অত্যন্ত চাপ প্রয়োগ করা হয়), তাদের কঠোরতা অবিলম্বে হীরাকে ছাড়িয়ে যায় "আল্ট্রাহার্ড পদার্থের রাজা" হয়ে।

6. শানডং তানফেং নতুন উপাদান: কার্বন ন্যানোটিউব শিল্পের "কাঁচামালের ভিত্তি"

Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. উচ্চ-বিশুদ্ধতা প্রদান করে (98% এর চেয়ে বেশি বা সমান) মাল্টি-দেয়াল/একক-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউব পাউডার, যা উচ্চ-চাপের পর্যায়ের পরিবর্তনের মতো-প্রান্ত গবেষণার জন্য একটি আদর্শ কাঁচামাল হিসাবে পরিবেশন করে৷

ইয়ানশান ইউনিভার্সিটির রেকর্ড-ভাঙ্গা 241 GPa গবেষণা হোক বা অ্যারিজোনা বিশ্ববিদ্যালয়ের 75 GPa কোল্ড কম্প্রেশন ফেজ ট্রানজিশন রিসার্চ, উভয়েরই সূচনা পয়েন্ট হল উচ্চমানের কার্বন ন্যানোটিউব কাঁচামাল।

শানডং তানফেং নিউ মেটেরিয়াল টেকনোলজি কোং, লিমিটেড সঠিকভাবে "কাঁচা মাল থেকে আল্ট্রাহার্ড" এই পথে "উৎস শক্তি"।

ইয়ানশান ইউনিভার্সিটি টিম উচ্চ মানের কার্বন ন্যানোটিউব পূর্বসূরীর উপর নির্ভর করে "241 GPa এর Knoop হার্ডনেস" এর সাথে বিশ্বের রেকর্ড উপাদানগুলিকে-সংশ্লেষ করতে সক্ষম হয়েছিল৷ কার্বন সামগ্রীতে 20 বছরের শিল্প সঞ্চয়নের সাথে, Tanfeng নিউ ম্যাটেরিয়াল এই ধরনের অত্যাধুনিক গবেষণার জন্য স্থিতিশীল এবং নির্ভরযোগ্য কাঁচামালের নিশ্চয়তা প্রদান করে।

উপসংহার: কোনটি কঠিন? উত্তর - সাধারণ অবস্থায় ডায়মন্ড, চাপে কার্বন ন্যানোটিউব

কার্বন ন্যানোটিউব এবং হীরার মধ্যে কঠোরতা নিয়ে বিতর্ক শেষ পর্যন্ত একটি উত্তর দেয় যা একটি ফাংশন - একটি ফাংশন "চাপ"। কার্বন ন্যানোটিউবগুলিতে যথেষ্ট চাপ প্রয়োগ করুন এবং তারা হীরাকে ছাড়িয়ে যাবে "আল্ট্রাহার্ড সামগ্রীর রাজা।"

এটি কার্বন ন্যানোটিউবগুলির চূড়ান্ত আকর্ষণ: এগুলি ন্যানোস্কেল তারে কুঁকড়ানোর জন্য যথেষ্ট "নরম" এবং হীরাকে ছাড়িয়ে যাওয়ার জন্য যথেষ্ট "কঠিন" হতে পারে। ইয়ানশান ইউনিভার্সিটির 241 জিপিএ রেকর্ড থেকে তানফেং নিউ ম্যাটেরিয়ালের 98% বিশুদ্ধতা কার্বন ন্যানোটিউবের চেয়ে বেশি বা সমান স্থিতিশীল আউটপুট পর্যন্ত, এই "কঠোরতা বিতর্ক" একাডেমিক অন্বেষণ থেকে শিল্প রূপান্তরের দিকে চলে যাচ্ছে।